Суық катод: Флуоресценттік шамдардағы электрод түрлері, газ разрядты лампалар мен индикаторларда қолданылуы. Жылумен қыздырылмайтын катод туралы ақпарат.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Электродтың түрі және салқын катодты люминесцентті шамның бөлігі. жарық көздері мен индикаторлары.
Type of electrode and part of cold cathode fluorescent lamp. light sources and indicators
Салқын катод – жіпше арқылы қыздырылмайтын катод. Катод, егер ол термиондық эмиссиямен ғана қамтамасыз етілгеннен артық электрондарды шығарса, "салқын" деп есептелуі мүмкін. Ол газды разрядтау шамдарында, мысалы, неон шамдарында, разрядтау түтікшелерінде және кейбір вакуумдық түтіктерде қолданылады. Катодтың тағы бір түрі – ыстық катод, ол жіпше арқылы өтетін электр тогымен қыздырылады. Салқын катод міндетті түрде төмен температурада жұмыс істемейді: көбінесе ол катодтан газға өтетін ток сияқты басқа әдістермен жұмыс температурасына дейін қыздырылады.
A cold cathode is a cathode that is not electrically heated by a filament. A cathode may be considered "cold" if it emits more electrons than can be supplied by thermionic emission alone. It is used in gas discharge lamps, such as neon lamps, discharge tubes, and some types of vacuum tube. The other type of cathode is a hot cathode, which is heated by electric current passing through a filament. A cold cathode does not necessarily operate at a low temperature: it is often heated to its operating temperature by other methods, such as the current passing from the cathode into the gas.
Суық катодты құрылғылар
Салқын катодты вакуумдық түтік электрондардың термиондық эмиссиясын қамтамасыз ету үшін электродты сырттан қыздыруға тәуелді емес. Алғашқы салқын катодты құрылғыларға Гейсслер түтігі, Плюкер түтігі және алғашқы катодты сәулелі түтіктер кірді. Осы құрылғылардағы құбылыстарды зерттеу электронның табылуына әкелді. Неон шамдары жарық шығару үшін индикаторлар ретінде, арнайы мақсаттағы жарықтандыру үшін, сондай-ақ теріс кедергіні көрсететін тізбек элементтері ретінде қолданылады. Құрылғыға триггерлік электродты қосу жарық разрядын сыртқы басқару тізбегі арқылы бастауға мүмкіндік берді; 1936 жылы Bell Laboratories "триггерлік түтік" деп аталатын салқын катодты құрылғыны жасады. Әртүрлі тиратрон түрлері, критрон, салқын катодты дисплейлер (Никси түтігі) және тағы да басқалар сияқты көптеген салқын катодты коммутациялық түтіктер жасалды. Кернеуді реттегіш түтіктер токтың белгілі бір диапазонындағы жарық разрядының салыстырмалы тұрақты кернеуіне сүйенеді және түтіктерге негізделген құралдарда қуат көзі кернеуін тұрақтандыру үшін қолданылды. Декатрон – санау үшін қолданылатын көп электродты салқын катодты түтік. Бақылау электродына импульс берілген сайын, жарық разряды кезекті электродқа жылжып отырады; әр түтікке он электродты орналастырып, түтіктерді тізбектей қосу арқылы санау жүйесін құруға болады және жарық разрядының орны бойынша санау нәтижесін бақылауға болады. Интегралды схемалық санау құрылғылары ойда келмес бұрын санау түтікшелері кеңінен қолданылды. Флэш-түтік – ксенон газымен толтырылған салқын катодты құрылғы, фотосуретке түсіру үшін қысқа, қарқынды жарық импульсын жасауға немесе қозғалатын бөлшектердің қозғалысын зерттеу үшін стробоскоп ретінде пайдалануға арналған.
A cold cathode vacuum tube does not rely on external heating of an electrode to provide thermionic emission of electrons. Early cold cathode devices included the Geissler tube and Plucker tube, and early cathode ray tubes. Study of the phenomena in these devices led to the discovery of the electron. Neon lamps are used both to produce light as indicators and for special purpose illumination, and also as circuit elements displaying negative resistance. Addition of a trigger electrode to a device allowed the glow discharge to be initiated by an external control circuit; Bell Laboratories developed a "trigger tube" cold cathode device in 1936. Many types of cold cathode switching tube were developed, including various types of thyratron, the krytron, cold cathode displays (Nixie tube) and others. Voltage regulator tubes rely on the relatively constant voltage of a glow discharge over a range of current and were used to stabilize power supply voltages in tube based instruments. A Dekatron is a cold cathode tube with multiple electrodes that is used for counting. Each time a pulse is applied to a control electrode, a glow discharge moves to a step electrode; by providing ten electrodes in each tube and cascading the tubes, a counter system can be developed and the count observed by the position of the glow discharges. Counter tubes were used widely before development of integrated circuit counter devices. The flash tube is a cold cathode device filled with xenon gas, used to produce an intense short pulse of light for photography or to act as a stroboscope to examine the motion of moving parts.
Жарық
Салқын катодты шамдарға салқын катодты люминесцентті шамдар (CCFL) және неонды шамдар жатады. Неонды шамдар жарық шығару үшін газ молекулаларын қоздыруға негізделген, ал CCFL шамдар ультракүлгін сәуле шығару үшін сынап буында разряд пайдаланады, ол шамның ішкі бетіндегі люминесцентті жабынның көрінетін жарық шығаруына себеп болады. Салқын катодты люминесцентті шамдар, мысалы, компьютер мониторлары мен теледидар экрандарының артқы жарықтандыруы үшін қолданылды. Жарықтандыру өнеркәсібінде "салқын катод" термині тарихи түрде 20 мм-ден үлкен диаметрі және 120-240 миллиампер токпен жұмыс істейтін жарық түтіктерін білдіреді. Мұндай үлкен диаметрлі түтіктер көбінесе интерьердегі нишалар мен жалпы жарықтандыру үшін қолданылады. "Неонды шам" термині 15 мм-ден кіші диаметрі және әдетте 40 миллиампер шамасында жұмыс істейтін түтіктерді білдіреді. Бұл шамдар көбінесе неон таңбаларында қолданылады.
Cold cathode lamps include cold cathode fluorescent lamps (CCFLs) and neon lamps. Neon lamps primarily rely on excitation of gas molecules to emit light; CCFLs use a discharge in mercury vapor to develop ultraviolet light, which in turn causes a fluorescent coating on the inside of the lamp to emit visible light. Cold cathode fluorescent lamps were used for backlighting of LCDs, for example computer monitors and television screens. In the lighting industry, “cold cathode” historically refers to luminous tubing larger than 20 mm in diameter and operating on a current of 120 to 240 milliamperes. This larger diameter tubing is often used for interior alcove and general lighting. The term "neon lamp" refers to tubing that is smaller than 15 mm in diameter and typically operates at approximately 40 milliamperes. These lamps are commonly used for neon signs.
Егжей-тегжейлер
Катод – теріс электрод. Кез келген газды разряд шамның оң (анод) және теріс электроды болады. Екі электрод та айнымалы токпен жұмыс істегенде анод және катод рөлін кезекпен атқарады. Суық катод, электронның термиондық эмиссиясын тудыру үшін қыздырылатын ыстық катодтан ерекшеленеді. Ыстық катодтық шамдардың корпусы төмен қысымды газбен толтырылып, екі электродтан тұрады. Ыстық катодты құрылғыларға вакуумдық түтіктер, люминесцентті шамдар, жоғары қысымды газды разряд шамдары және вакуумдық люминесцентті дисплейлер жатады. Суық катодтардың беті бірліктен артық қатынаста (бөліну) екінші электронды эмиссиялай алады. Катодтан шыққан электрон бейтарап газ молекулаларымен соқтығысады. Соқтығысу молекуланы қоздыруы мүмкін, бірақ кейде ол оң ионды босату арқылы электронды өндіреді. Бастапқы электрон мен босатылған электрон анодқа қарай жалғасады және одан да көп оң иондарды (Таунсенд көшкінін қараңыз) құруы мүмкін. Нәтижесінде, катодтан шыққан әрбір электрон үшін бірнеше оң ион пайда болады, олар соңында катодқа соқтығысады. Кейбір соқтығысқан оң иондар екінші электронды өндіруі мүмкін. Электрондық разряд өзін-өзі сақтай алады, себебі катодтан шыққан әрбір электрон үшін катодқа жеткілікті мөлшерде оң иондар соқтығысып, орташа есеппен, тағы бір электронды босатады. Сыртқы тізбек разряд тогын шектейді. Суық катодты газды разряд шамдары ыстық катодты шамдарға қарағанда жоғары кернеуді пайдаланады. Катод маңындағы күшті электр өрісі иондарды катод материалынан электронды босату үшін жеткілікті жылдамдыққа дейін үдетеді. Суық металл беттерінен электронды босатудың тағы бір механизмі – өрістік электрондық эмиссия. Ол кейбір рентгендік түтіктерде, өрістік электрондық микроскопта (ӨЭМ) және өрістік эмиссиялық дисплейлерде (ӨЭД) қолданылады. Кейде суық катодтар электрондық эмиссияны күшейту үшін сирек кездесетін жер элементтерімен жабылады. Кейбір түрлерінде түтікті толтыратын газды иондауды бастау үшін бета-сәулелену көзі болады. Кейбір түтіктерде катодтың айналасындағы жарқырауды азайтуға тырысады, оның орнына түтікті толтыратын оң бағана пайда болады. Мысалдарға неондық шамдар мен никс шамдары жатады. Никс шамдары да суық катодты неондық дисплейлер болып табылады, олар тізбектей орналасқан, бірақ жазықтықта емес, дисплей құрылғылары. Суық катодты құрылғылар әдетте токты шектеу механизмі бар күрделі жоғары кернеулі қуат көзін пайдаланады. Алғашқы кеңістіктік зарядты жасау және түтік арқылы токтың алғашқы доғасын тудыру үшін өте жоғары кернеу қажет болса да, түтік қызып бастағаннан кейін электрлік кедергі төмендейді, осылайша шам арқылы тоқ күші артады. Бұл әсерді теңестіру және қалыпты жұмысты сақтау үшін қуат көзінің кернеуі біртіндеп төмендетіледі. Иондаушы газды құбырларда газ өте ыстық плазмаға айналуы мүмкін, ал электрлік кедергі күрт төмендейді. Егер ток шектелмеген қарапайым қуат көзінен жұмыс істесе, кедергінің төмендеуі қуат көзінің зақымдануына және түтік электродтарының қызуына әкелуі мүмкін.
The cathode is the negative electrode. Any gas discharge lamp has a positive (anode) and a negative electrode. Both electrodes alternate between acting as an anode and a cathode when these devices run with alternating current. A cold cathode is distinguished from a hot cathode that is heated to induce thermionic emission of electrons. Discharge tubes with hot cathodes have an envelope filled with low pressure gas and containing two electrodes. Hot cathode devices include common vacuum tubes, fluorescent lamps, high pressure discharge lamps and vacuum fluorescent displays. The surface of cold cathodes can emit secondary electrons at a ratio greater than unity (breakdown). An electron that leaves the cathode will collide with neutral gas molecules. The collision may just excite the molecule, but sometimes it will knock an electron free to create a positive ion. The original electron and the freed electron continue toward the anode and may create more positive ions (see Townsend avalanche). The result is for each electron that leaves the cathode, several positive ions are generated that eventually crash onto the cathode. Some crashing positive ions may generate a secondary electron. The discharge is self sustaining when for each electron that leaves the cathode, enough positive ions hit the cathode to free, on average, another electron. External circuitry limits the discharge current. Cold cathode discharge lamps use higher voltages than hot cathode ones. The resulting strong electric field near the cathode accelerates ions to a sufficient velocity to create free electrons from the cathode material. Another mechanism to generate free electrons from a cold metallic surface is field electron emission. It is used in some x ray tubes, the field electron microscope (FEM), and field emission displays (FEDs). Cold cathodes sometimes have a rare earth coating to enhance electron emission. Some types contain a source of beta radiation to start ionization of the gas that fills the tube. In some tubes, glow discharge around the cathode is usually minimized; instead there is a so called positive column, filling the tube. Examples are the neon lamp and nixie tubes. Nixie tubes too are cold cathode neon displays that are in line, but not in plane, display devices. Cold cathode devices typically use a complex high voltage power supply with some mechanism for limiting current. Although creating the initial space charge and the first arc of current through the tube may require a very high voltage, once the tube begins to heat up, the electrical resistance drops, thus increasing the electric current through the lamp. To offset this effect and maintain normal operation, the supply voltage is gradually lowered. In the case of tubes with an ionizing gas, the gas can become a very hot plasma, and electrical resistance is greatly reduced. If operated from a simple power supply without current limiting, this reduction in resistance would lead to damage to the power supply and overheating of the tube electrodes.
Қолданбалар
Салқын катодтар суық катодтық түзетушілерде, мысалы, кроссатрон және сынап аркалық клапандарда, сондай-ақ суық катодтық күшейткіштерде, мысалы, автоматты хабарламаларды есептеуде және басқа да псевдошамыралы коммутациялық қолданыстарда қолданылады. Басқа мысалдарға тиратрон, критрон, спритрон және игнитрон түтікшелері жатады. Суық катодты қолданудың кең таралған мысалы – неоновые белгілер және қоршаған орта температурасы мұзданудан төмен түсетін басқа да орындар. Вестминстер сарайының Сағат мұнарасы (Биг Бен) сағат беттерінің артында суық катодты жарықтандыруды пайдаланады, себебі суық ауа райында үнемі соққы беру немесе соққы бермеуге ұшырау ықпалсыз. Бұрын үлкен суық катодты люминесцентті шамдар (CCFL) өндірілген және пішінді, ұзақ қызмет ететін сызықтық жарық көздері қажет болған жағдайларда олар әлі де қолданылады. 2011 жылдан бастап кішкентай CCFL шамдары компьютерлер мен теледидарлардың сұйық кристалды дисплейлерінің артқы жарығы ретінде кеңінен қолданылды. CCFL шамдарының қызмет ету мерзімі ЖКТ-теледидарларда пайдалану ортасындағы өткінші кернеудің өсуіне және температура деңгейіне байланысты өзгереді. Тиімділігіне байланысты CCFL технологиясы бөлме жарықтандыру саласына да енді. Құны дәстүрлі люминесцентті жарықтандыру құнымен шамалас, бірақ бірнеше артықшылықтары бар: ұзақ қызмет ету мерзімі, жарық шығару, шамдар бірден толық қуатқа дейін қосылады және сонымен қатар димделуге болады.
Cold cathodes are used in cold cathode rectifiers, such as the crossatron and mercury arc valves, and cold cathode amplifiers, such as in automatic message accounting and other pseudospark switching applications. Other examples include the thyratron, krytron, sprytron, and ignitron tubes. A common cold cathode application is in neon signs and other locations where the ambient temperature is likely to drop well below freezing, The Clock Tower, Palace of Westminster (Big Ben) uses cold cathode lighting behind the clock faces where continual striking and failure to strike in cold weather would be undesirable. Large cold cathode fluorescent lamps (CCFLs) have been produced in the past and are still used today when shaped, long life linear light sources are required. as of 2011, miniature CCFLs were extensively used as backlights for computer and television liquid crystal displays. CCFL lifespans vary in LCD televisions depending on transient voltage surges and temperature levels in usage environments. Due to its efficiency, CCFL technology has expanded into room lighting. Costs are similar to those of traditional fluorescent lighting, but with several advantages: it has a long life, the light emitted is , bulbs turn on instantly to full output and are also dimmable.
Ішкі жылытудың әсері
Ауыспалы ток қолданатын, бірақ жеке анодтық құрылымдары жоқ жүйелерде электродтар анод және катод рөлін кезекпен атқарады, ал соқтығысқан электрондар айқын жергілікті қыздыруға, көбінесе қызыл қыздыруға себеп болады. Электрод осы қыздыру арқасында катод ретінде жұмыс істегенде электрондардың термиондық эмиссиясын жеңілдетуі мүмкін. (Жылдам қосылатын люминесцентті шамдар осы қасиетті пайдаланады; олар суық катодты құрылғы ретінде басталады, бірақ көп ұзамай жұқа вольфрам сымды катодтардың жергілікті қызуы оларды ыстық катодты шамдар сияқты жұмыс істеуге итермелейді.) Бұл мәселе LCD телевизорларының артқы жарығында қиындық тудырады. Көптеген елдерде ұсынылып жатқан жаңа энергия тиімділігі ережелері өзгермелі артқы жарықтандыруды талап етеді; өзгермелі артқы жарықтандыру LCD телевизорлары үшін қажетті контраст диапазонын жақсартады. Дегенмен, CCFL шамдарды төмендету деңгейі шектеулі, себебі плазма тогының төмендеуі катодтың температурасын төмендетіп, тұрақсыз жұмыс істеуге алып келеді, ал катодты тым төмен температурада жұмыс істету шамдардың қызмет ету мерзімін күрт қысқартады. Осы мәселені зерттеу жұмыстары жүргізілуде, бірақ жетекші өндірушілер қазір жоғары тиімді ақ LED шамдарын тиімді шешім деп қарастыруда.
In systems using alternating current but without separate anode structures, the electrodes alternate as anodes and cathodes, and the impinging electrons can cause substantial localized heating, often to red heat. The electrode may take advantage of this heating to facilitate the thermionic emission of electrons when it is acting as a cathode. (Instant start fluorescent lamps employ this aspect; they start as cold cathode devices, but soon localized heating of the fine tungsten wire cathodes causes them to operate in the same mode as hot cathode lamps.) This aspect is problematic in the case of backlights used for LCD TV displays. New energy efficiency regulations being proposed in many countries will require variable backlighting; variable backlighting also improves the perceived contrast range, which is desirable for LCD TV sets. However, CCFLs are strictly limited in the degree to which they can be dimmed, both because a lower plasma current will lower the temperature of the cathode, causing erratic operation, and because running the cathode at too low a temperature drastically shortens the life of the lamps. Much research is being directed to this problem, but high end manufacturers are now turning to high efficiency white LEDs as a better solution.